栽培稻和普通野生稻居群根表铁膜形成能力的比较研究

栽培稻和普通野生稻居群根表铁膜形成能力的比较研究黄剑冰;任杰;唐璐;但建国【摘要】根表铁膜形成能力反映了水稻根系氧化力的强弱.为了了解普通野生稻根系氧化力,采用水培铁胁迫试验对5个水稻品种和2个普通野生稻居群根表铁膜形成能力进行评价.结果表明:同亚洲栽培稻相比,普通野生稻拥有较高的根孔隙度,但其根表铁膜含量较低;供试植株的根孔隙度与根表铁膜含量之间没有相关性,这很可能与侧根的数量有关.%Iron plaque on roots is an indicator of root oxidation potential of Asian cultivated rice,Oryza sativa L.In order to determine the root oxidation potential of O.rufipogon Griff.,iron plaque formation on the roots of five rice cuhivars and two populations of O.rufipogon was investigated using hydroponic experiments.Iron plaque was induced by exposing the roots to a Kimura B nutrient solution supplemented with 0.532 mmol/L FeSO4 for 12 h.The results indicated that the O.rufipogon populations had higher root porosity,but lower content of iron plaque on roots compared with the rice cultivars.The root porosity of all tested plants was not correlated with the content of iron plaque on their roots,which was possibly attributed to difference in number of lateral roots on primary roots.【期刊名称】《热带作物学报》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P421-425)【关键词】铁膜;根孔隙度;亚洲栽培稻;普通野生稻【作者】黄剑冰;任杰;唐璐;但建国【作者单位】海南大学环境与植物保护学院,海南海口 570228;海南大学环境与植物保护学院,海南海口 570228;海南大学环境与植物保护学院,海南海口 570228;海南大学环境与植物保护学院,海南海口 570228【正文语种】中文【中图分类】S511doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.006水稻是世界上最重要的粮食作物之一，亚洲栽培稻（Oryza sativa L.）为主要栽培种。

亚洲栽培稻属湿生植物，其根系是由胚根、不定根及各次分枝的侧根所构成[1-2]。

亚洲栽培稻的根系对淹水环境有2种适应对策[3]。

其一，稻根具有发达的通气组织，以便将氧气快速、有效地转运到地下，满足根生长发育以及根际环境的耗氧所需。

其二，胚根和不定根的中部和基部（从距根尖5～7 cm处起）有泌氧屏障（barrier to radial oxygen loss）[4-5]，主要得益于木栓质在根外层组织的沉积[6-7]。

该屏障能有效限制根内通气组织的氧气径向扩散到根际，有利于氧气纵向运输至根尖，从而促进根在厌氧环境中的伸长生长，同时还能阻止根际毒素、甲烷和乙烯等气体进入根内[3，7]。

水稻根系分泌的氧气能使厌氧土壤中的Fe2+被氧化成Fe3+，并在根表沉积，形成根表铁膜（iron plaque）[8]。

铁膜的主要组分为水铁矿，其次为纤铁矿，有时还有少量的针铁矿[9-10]。

根表铁膜具有两性胶体的性质，可通过吸附和共沉淀等作用影响水稻植株对磷、锌以及镉、铬、铅、砷等重金属的吸收及其转运，故这一领域的研究备受国内外的关注[11-12]。

水稻根系分泌的氧气和土壤溶液中Fe2+浓度是影响根表铁膜形成的2个主要因素[13-16]。

水稻根系泌氧能力跟品种有关，不同水稻品种的根表铁膜形成能力是有差异的[17-21]。

因此，根表铁膜形成能力可用来表征水稻根系的氧化力[22-23]。

普通野生稻（Oryza rufipogon Griff.）是亚洲栽培稻的野生祖先种[24-26]。

在中国，普通野生稻仅分布于广东、广西、海南、云南、江西、湖南、福建和台湾等省（区）。

普通野生稻为多年生水生植物，喜栖息在常年有水的沼泽、湖泊、沟渠附近[26-29]。

普通野生稻拥有更丰富的遗传多样性和更复杂的遗传背景，蕴藏着极其丰富的优异基因，是水稻栽培品种改良的重要遗传资源[25-26]。

但是，迄今为止，国内外对普通野生稻根系的研究报道比较少。

有关普通野生稻根表铁膜的研究尚处空白。

本研究拟对不同水稻品种和普通野生稻居群根表铁膜形成能力进行评价和比较，所得结果将有助于普通野生稻资源的保护与利用。

1.1 材料以5个水稻品种和2个普通野生稻居群作为供试材料。

水稻品种包括‘特籼占25’、‘新黄占’、‘海香占’、‘琼糯’和‘63选’。

普通野生稻采自海南省琼海市中原普通野生稻自然保护区和海南省万宁市东澳普通野生稻自然保护区西部，分别称为‘琼海居群’和‘万宁居群’。

1.2 方法1.2.1 水稻和普通野生稻的培养水稻：挑选饱满的水稻种子，用54℃热水浸种，放置室内。

24 h后将种子移至湿润滤纸上催芽。

萌芽后第7天的幼苗用1/2木村B营养液进行沙培12 d。

接着，将稻苗转移到圆口塑料桶（桶深18.5 cm、直径20 cm）中，用木村B营养液进行水培31.5 d。

将稻株插入泡沫板小孔中，以海绵固定植株，让根茎交界处距离水面2.5 cm。

每3 d更换一次营养液。

每桶8株稻苗，每个品种共计24株。

沙培和水培均在自然光照和变温（21～33℃）条件下进行。

木村B营养液配方是[30]：(NH4)2SO40.37 mmol/L，MgSO4·7H2O 0.55 mmol/L，KNO30.18 mmol/L，CaNO3·4H2O 0.37 mmol/L，KH2PO40.21 mmol/L，Na2EDTA-Fe(Ⅱ)90μmol/L，MnCl2·4H2O 7.3μmol/L，H3BO39.3μmol/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 0.015μmol/L，ZnSO4·7H2O 0.15 μmol/L，CuSO4·5H2O 0.16μmol/L，其pH调至5.5。

普通野生稻：采自野外的普通野生稻用木村B营养液培养。

当新芽萌发后第14天，将幼苗从母株分离，然后进行沙培和水培，方法同前。

1.2.2 铁胁迫试验挑选长势一致的水稻和普通野生稻植株供试。

将供试植株转移到室内[培养温度为（26±1）℃,每日光照14 h，光强330 lx，相对湿度60%±5%]。

用去离子水培养0.5 d，然后用含高浓度Fe2+的营养液对植株进行铁胁迫处理。

配置该营养液时，将木村B营养液配方中的Na2EDTA-Fe(Ⅱ) 90μmol/L替换为Fe SO4·7H2O 0.532 mmol/L。

胁迫处理时水稻和普通野生稻植株年龄分别为50 d和57 d，均处于分蘖期。

铁胁迫24 h后，收获植株。

随机挑选3株，测定根生物量。

剪下其他植株的根用去离子水清洗3次，然后用吸水纸吸干根表面的水分。

最后，将根装入封口袋中，置于4℃保存，这些根被用来测定根含水量、根孔隙度和根表铁膜。

1.2.3 根含水量和根生物量的测定测定根含水量或根生物量时，将根置于105℃烘干30 min后，在70℃烘干72 h至恒重，然后称重。

1.2.4 根孔隙度的测定与计算参照Kludze等[31]和Mei等[17]报道的方法。

称取0.5～1.0 g根，放入盛满去离子水的100 mL比重瓶，擦干瓶称重。

取出根，剪成1 cm长的根段，放入装有40 mL去离子水的离心管（50 mL）中，抽真空处理2次，每次持续2 h。

最后，将根段取出，再放入比重瓶，擦干瓶称重。

每处理设3次重复。

按下列公式计算根孔隙度：其中，POR为根孔隙度（%）；r为根重（g）；p为盛满水时比重瓶的重量（g）；pr为完整稻根装入满水比重瓶时比重瓶的重量（g）；pvr为经抽真空处理后的根段装入满水比重瓶时比重瓶的重量（g）。

1.2.5 根表铁膜的提取、测定和计算采用DCB（Dithionite-Citrate-Barbonate）法提取铁膜[32]。

将0.5～1.0 g根放入250 mL蓝盖广口瓶中，添加45 mL DCB 提取液（含Na3C6H5O7·2H2O 0.27 mol/L，NaHCO30.11 mol/L，Na2S2O43.0 g，pH值调至6.5），于26℃震荡3 h。

用去离子水将提取液定容至100 mL。

经孔径0.45μm滤网过滤后，取5 mL于15 mL离心管中，再添加1 mL浓硝酸，摇匀后于4℃保存待测。

样品铁含量用原子吸收分光光度计（AA6401F，日本岛津）测定。

每处理设3次重复。

根据提取液铁含量、根重和根含水量计算根表铁膜含量（以每克干根含多少毫克Fe计，mg/g。

下同）。

用每处理根表铁膜含量的平均值乘以根生物量即得到单株根表铁膜数量（以每株含多少毫克Fe计，mg/株。

下同）。

1.3 数据分析采用Excel 2003进行数据处理和作图。

采用SPSS 18.0统计软件进行统计分析和Duncan多重比较。

2.1 根孔隙度和根生物量在供试的5个水稻品种和2个普通野生稻居群中，普通野生稻拥有较高的根孔隙度（表1）。

‘琼海居群’的根孔隙度最高，为35.05%，‘万宁居群’和‘新黄占’分列第2和第3位，但三者之间没有显著差异（p＞0.05）。

‘琼海居群’根孔隙度同其他 4个水稻品种的差异均达显著水平（p＜0.05）。

‘琼糯’根孔隙度最低，仅为21.67%。

同样地，普通野生稻的根生物量也比水稻高（表1）。

‘琼海居群’根生物量高达337.96 mg，显著高于其他供试材料的根生物量（p＜0.05）。

‘特籼占25’根生物量最低，只有105.10 mg，与‘万宁居群’之间的差异也达到显著水平（p ＜0.05）。

5个水稻品种的根生物量之间都没有显著差异（p＞0.05）。

2.2 根表铁膜由表2可见，普通野生稻的根表铁膜含量比部分水稻品种低。